JPWO2006095544A1 - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents
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Abstract
ビデオカメラ、デジタルスチルカメラに用いられる広角端の撮影画角が６０〜１００度の広画角を含み、しかも変倍比３〜６倍程度で前玉径が小さくコンパクト性に優れ、高い結像性能を有するズームレンズ及び該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを課題とする。複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズ（２０）であって、物体側より順に配列された、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、最も像面側に配列され負の屈折力を有する最終群ＧＲＲとを備え、上記第１レンズ群ＧＲ１は１枚の正レンズＧ１で構成され、以下の条件式（１）、（２）を満足する。（１）０．５＜Ymax／ＦＷ＜１．３（２）ＶｄＧ1＞４０但し、Ymax：撮像面上の最大像高ＦＷ：レンズ全系の広角端での焦点距離ＶｄＧ１：第１レンズ群ＧＲ１のｄ線でのアッベ数とする。
Description
本発明は新規なズームレンズ及び撮像装置に関する。詳しくは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタル入出力機器の撮影光学系に好適な、広角端の撮影画角が６０〜１００度の広画角を含み、しかも変倍比が３〜６倍程度で前玉径が小さくコンパクト性に優れ、高い結像性能を有するズームレンズ及び該ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
本出願は、日本国において２００５年３月１１日に出願された日本特許出願番号２００５−０６８９３２を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願に援用される
本出願は、日本国において２００５年３月１１日に出願された日本特許出願番号２００５−０６８９３２を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願に援用される
近年、デジタルスチルカメラ等の個体撮像素子を用いた撮像装置が普及しつつある。そして、デジタルスチルカメラの普及に伴い、コンパクト性に優れ、１本のレンズで超広角側から望遠側までをカバーしつつ、高い結像性能を有するズームレンズが求められている。
例えば、特開平７−２６１０８４号公報に記載されたズームレンズにおいては、負レンズ群先行のズーム構成を用いてズームレンズの広角化を図っている。しかし、この特開平７−２６１０８４号公報に記載されたズームレンズでは、変倍比が小さく２〜３倍程度が限度であり、高変倍化が難しい。
一方、特開平９−５６２９号公報、特開平７−３１８８０５号公報に記載されたズームレンズにおいては、正レンズ群先行のズーム構成を用いてズームレンズの高倍率化とともに、広角化を図っている。
しかし、上記特開平９−５６２９号公報及び特開平７−３１８８０５号公報に記載されたズームレンズにおいては、撮影画角は８０度程度が限度であり、さらなる広角化が難しい。また、さらなる広角化を達成できたとしても、レンズ径が大きい第１レンズ群の構成枚数が多くなり小型化が十分ではなく、高コスト化するとともに重量も重くなり、好ましくない。
本発明は、上記した問題に鑑み、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラに用いられる広角端の撮影画角が６０〜１００度の広画角を含み、しかも変倍比３〜６倍程度で前玉径が小さくコンパクト性に優れ、高い結像性能を有するズームレンズ及び該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを課題とする。
例えば、特開平７−２６１０８４号公報に記載されたズームレンズにおいては、負レンズ群先行のズーム構成を用いてズームレンズの広角化を図っている。しかし、この特開平７−２６１０８４号公報に記載されたズームレンズでは、変倍比が小さく２〜３倍程度が限度であり、高変倍化が難しい。
一方、特開平９−５６２９号公報、特開平７−３１８８０５号公報に記載されたズームレンズにおいては、正レンズ群先行のズーム構成を用いてズームレンズの高倍率化とともに、広角化を図っている。
しかし、上記特開平９−５６２９号公報及び特開平７−３１８８０５号公報に記載されたズームレンズにおいては、撮影画角は８０度程度が限度であり、さらなる広角化が難しい。また、さらなる広角化を達成できたとしても、レンズ径が大きい第１レンズ群の構成枚数が多くなり小型化が十分ではなく、高コスト化するとともに重量も重くなり、好ましくない。
本発明は、上記した問題に鑑み、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラに用いられる広角端の撮影画角が６０〜１００度の広画角を含み、しかも変倍比３〜６倍程度で前玉径が小さくコンパクト性に優れ、高い結像性能を有するズームレンズ及び該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを課題とする。
本発明ズームレンズは、上記した課題を解決するために、複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行い、物体側より順に配列された、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、最も像面側に配列され負の屈折力を有する最終レンズ群ＧＲＲとを備え、上記第１レンズ群ＧＲ１は１枚の正レンズで構成され、Ymaxを撮像面上の最大像高、ＦＷをレンズ全系の広角端での焦点距離、ＶｄＧ１を第１レンズ群ＧＲ１のｄ線でのアッベ数として、条件式
（１）０．５＜Ymax／ＦＷ＜１．３、（２）ＶｄＧ1＞４０を満足する。
また、本発明撮像装置は、上記した課題を解決するために、複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズと、上記ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、上記ズームレンズは、物体側より順に配列された、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、最も像面側に配列され負の屈折力を有する最終レンズ群ＧＲＲとを備え、上記第１レンズ群ＧＲ１は１枚の正レンズで構成され、Ymaxを撮像面上の最大像高、ＦＷをレンズ全系の広角端での焦点距離、ＶｄＧ１を第１レンズ群ＧＲ１のｄ線でのアッベ数として、条件式（１）０．５＜Ymax／ＦＷ＜１．３、（２）ＶｄＧ１＞４０を満足する。
従って、本発明ズームレンズにあっては、広角端の撮影画角が６０〜１００度の広画角を含み、しかも変倍比３〜６倍程度で前玉径が小さくコンパクト性に優れ、高い結像性能を有する。また、本発明撮像装置は、本発明ズームレンズを備えることにより、６０〜１００度程度の広画角の撮影が可能になり、３〜６倍の変倍比内での任意の画角による撮影ができるとともに、高い結像性能によって高品質の画像を取得することができる。
従って、本発明ズームレンズにあっては、広角端の撮影画角が６０〜１００度の広画角を含みつつ、３〜６倍程度の変倍比を達成することができる。また、最終レンズ群によって像を拡大しているため、第１レンズ群ＧＲ１の前玉径を小型に構成することが可能になるとともに、望遠端における第１レンズ群ＧＲ１を通過するマージナル（周辺）光線の高さも通常のズームレンズに比べ低くすることができるため、軸上色収差に最も影響がある第１レンズ群ＧＲ１を正の単レンズ１枚のみで構成することができ、６０〜１００度の画角、３〜６倍程度の変倍比を保ちつつ、レンズ全系の小型化、軽量化を達成することができる。
また、本発明撮像装置は、本発明ズームレンズを備えることにより、小型且つ軽量でありながら、６０〜１００度程度の広画角の撮影が可能になり、３〜６倍の変倍比内での任意の画角による撮影ができるとともに、高い結像性能によって高品質の画像を取得することができる。
請求の範囲第２項及び請求の範囲第７項に記載した発明にあっては、上記第１レンズ群ＧＲ１が、Ｆ１を第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離、ＦＴをレンズ全系の望遠端での焦点距離、√ＦＷ・ＦＴをＦＷとＦＴとの積の平方根として、条件式（３）２＜Ｆ１／√ＦＷ・ＦＴ＜１５を満足するので、球面収差を始めとする諸収差をさらに良好に補正することができるとともにさらなる小型・軽量化が可能になる。
請求の範囲第３項及び請求の範囲第８項に記載した発明にあっては、上記最終レンズ群ＧＲＲは最も物体側に負レンズGRnを、最も像面側に正レンズGRpを有し、βGRRＴを最終レンズ群ＧＲＲの望遠端における倍率、Twbfを広角端におけるバックフォーカス（空気換算長）、VdGRRnを負レンズGRnのｄ線でのアッベ数、VdGRRpを正レンズGRpのｄ線でのアッベ数として、条件式（４）１．２＜βGRRＴ＜１．８、（５）０．２＜Twbf／FW＜１．２、（６）VdGRRn＞VdGRRpを満足するので、最終レンズ群ＧＲＲにおいて最も物体側にある負レンズで周辺光線を跳ね上げ、最も像面側にある正レンズで抑えてあげることで撮像素子への入射角度を緩やかにすることができつつ、小型化、高倍率化、色収差低減による高性能化を図ることができる。また、広角端においては、最も物体側のレンズ（第１レンズ群ＧＲ１を構成している）及び第２レンズ群ＧＲ２の最も物体側のレンズと最終レンズ群ＧＲＲにおいて最も物体側のレンズＧＲｎ及び最も像面側のレンズＧＲｐとはレンズ構成において対象性すなわち、開口絞りを挟んで正、負：負、正の関係を備えており、広角化を図りつつも歪曲収差を抑えることができる。
請求の範囲第４項及び請求の範囲第９項に記載した発明にあっては、上記第２レンズ群ＧＲ２は少なくとも１つのレンズ面を非球面によって構成され、Ｆ２を第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離として、条件式（７）０．４＜｜Ｆ２／√ＦＷ・ＦＴ｜＜１．０を満足するので、広角端におけるラジアル方向のコマ収差を効果的に補正することができ、小型化と高性能化を同時に達成することができる。
請求の範囲第５項及び請求の範囲第１０項に記載した発明にあっては、上記第３レンズ群ＧＲ３は少なくとも１つずつの正レンズと負レンズを有し、少なくとも１つのレンズ面が非球面によって構成され、VdGR3pを第３レンズ群ＧＲ３内の正レンズのｄ線でのアッベ数の平均値として、条件式（８）VdGR3p＞50を満足するので、色収差の発生を抑え、全域に亘って高い光学性能を保つことができる。また、少なくとも１つのレンズ面が非球面によって構成されることによって、球面収差、コマ収差など諸収差の発生を抑え、ズーム全域に亘り高い光学性能を保つことができる。
（１）０．５＜Ymax／ＦＷ＜１．３、（２）ＶｄＧ1＞４０を満足する。
また、本発明撮像装置は、上記した課題を解決するために、複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズと、上記ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、上記ズームレンズは、物体側より順に配列された、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、最も像面側に配列され負の屈折力を有する最終レンズ群ＧＲＲとを備え、上記第１レンズ群ＧＲ１は１枚の正レンズで構成され、Ymaxを撮像面上の最大像高、ＦＷをレンズ全系の広角端での焦点距離、ＶｄＧ１を第１レンズ群ＧＲ１のｄ線でのアッベ数として、条件式（１）０．５＜Ymax／ＦＷ＜１．３、（２）ＶｄＧ１＞４０を満足する。
従って、本発明ズームレンズにあっては、広角端の撮影画角が６０〜１００度の広画角を含み、しかも変倍比３〜６倍程度で前玉径が小さくコンパクト性に優れ、高い結像性能を有する。また、本発明撮像装置は、本発明ズームレンズを備えることにより、６０〜１００度程度の広画角の撮影が可能になり、３〜６倍の変倍比内での任意の画角による撮影ができるとともに、高い結像性能によって高品質の画像を取得することができる。
従って、本発明ズームレンズにあっては、広角端の撮影画角が６０〜１００度の広画角を含みつつ、３〜６倍程度の変倍比を達成することができる。また、最終レンズ群によって像を拡大しているため、第１レンズ群ＧＲ１の前玉径を小型に構成することが可能になるとともに、望遠端における第１レンズ群ＧＲ１を通過するマージナル（周辺）光線の高さも通常のズームレンズに比べ低くすることができるため、軸上色収差に最も影響がある第１レンズ群ＧＲ１を正の単レンズ１枚のみで構成することができ、６０〜１００度の画角、３〜６倍程度の変倍比を保ちつつ、レンズ全系の小型化、軽量化を達成することができる。
また、本発明撮像装置は、本発明ズームレンズを備えることにより、小型且つ軽量でありながら、６０〜１００度程度の広画角の撮影が可能になり、３〜６倍の変倍比内での任意の画角による撮影ができるとともに、高い結像性能によって高品質の画像を取得することができる。
請求の範囲第２項及び請求の範囲第７項に記載した発明にあっては、上記第１レンズ群ＧＲ１が、Ｆ１を第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離、ＦＴをレンズ全系の望遠端での焦点距離、√ＦＷ・ＦＴをＦＷとＦＴとの積の平方根として、条件式（３）２＜Ｆ１／√ＦＷ・ＦＴ＜１５を満足するので、球面収差を始めとする諸収差をさらに良好に補正することができるとともにさらなる小型・軽量化が可能になる。
請求の範囲第３項及び請求の範囲第８項に記載した発明にあっては、上記最終レンズ群ＧＲＲは最も物体側に負レンズGRnを、最も像面側に正レンズGRpを有し、βGRRＴを最終レンズ群ＧＲＲの望遠端における倍率、Twbfを広角端におけるバックフォーカス（空気換算長）、VdGRRnを負レンズGRnのｄ線でのアッベ数、VdGRRpを正レンズGRpのｄ線でのアッベ数として、条件式（４）１．２＜βGRRＴ＜１．８、（５）０．２＜Twbf／FW＜１．２、（６）VdGRRn＞VdGRRpを満足するので、最終レンズ群ＧＲＲにおいて最も物体側にある負レンズで周辺光線を跳ね上げ、最も像面側にある正レンズで抑えてあげることで撮像素子への入射角度を緩やかにすることができつつ、小型化、高倍率化、色収差低減による高性能化を図ることができる。また、広角端においては、最も物体側のレンズ（第１レンズ群ＧＲ１を構成している）及び第２レンズ群ＧＲ２の最も物体側のレンズと最終レンズ群ＧＲＲにおいて最も物体側のレンズＧＲｎ及び最も像面側のレンズＧＲｐとはレンズ構成において対象性すなわち、開口絞りを挟んで正、負：負、正の関係を備えており、広角化を図りつつも歪曲収差を抑えることができる。
請求の範囲第４項及び請求の範囲第９項に記載した発明にあっては、上記第２レンズ群ＧＲ２は少なくとも１つのレンズ面を非球面によって構成され、Ｆ２を第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離として、条件式（７）０．４＜｜Ｆ２／√ＦＷ・ＦＴ｜＜１．０を満足するので、広角端におけるラジアル方向のコマ収差を効果的に補正することができ、小型化と高性能化を同時に達成することができる。
請求の範囲第５項及び請求の範囲第１０項に記載した発明にあっては、上記第３レンズ群ＧＲ３は少なくとも１つずつの正レンズと負レンズを有し、少なくとも１つのレンズ面が非球面によって構成され、VdGR3pを第３レンズ群ＧＲ３内の正レンズのｄ線でのアッベ数の平均値として、条件式（８）VdGR3p＞50を満足するので、色収差の発生を抑え、全域に亘って高い光学性能を保つことができる。また、少なくとも１つのレンズ面が非球面によって構成されることによって、球面収差、コマ収差など諸収差の発生を抑え、ズーム全域に亘り高い光学性能を保つことができる。
以下に、本発明ズームレンズ及び撮像装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。
本発明ズームレンズは、複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、物体側より順に配列された、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、最も像面側に配列され負の屈折力を有する最終レンズ群ＧＲＲとを備え、上記第１レンズ群ＧＲ１は１枚の正レンズで構成され、以下の条件式（１）、（２）を満足する。
（１）０．５＜Ymax／ＦＷ＜１．３
（２）ＶｄＧ1＞４０
但し、
Ymax：撮像面上の最大像高
ＦＷ：レンズ全系の広角端での焦点距離
ＶｄＧ１：第１レンズ群ＧＲ１のｄ線でのアッベ数
とする。
従って、本発明ズームレンズにあっては、広角端の撮影画角が６０〜１００度の広画角を含みつつ、３〜６倍程度の変倍比を達成することができる。また、最終レンズ群ＧＲＲによって像を拡大しているため、第１レンズ群ＧＲ１の前玉径を小型に構成することが可能になるとともに、望遠端における正レンズ群である第１レンズ群ＧＲ１を通過するマージナル（周辺）光線の高さも通常のズームレンズに比べ低くすることができるため、軸上色収差に最も影響がある第１レンズ群ＧＲ１を正の単レンズ１枚のみで構成することができ、６０〜１００度の画角、３〜６倍程度の変倍比を保ちつつ、レンズ全系の小型化、軽量化を達成することができる。
上記条件式（１）は撮像面上における最大像高とレンズ全系における広角端の焦点距離との比率を規定するものである。
Ymax／ＦＷの値が０．５以下、つまりより望遠化すると、第１レンズ群ＧＲ１の正のパワーが強くなりすぎて、望遠側における軸上色収差の影響が大きくなりすぎて、正の単レンズ１枚では補正しきれなくなってしまう。また、Ymax／ＦＷの値が１．３以上、つまりより広角化すると、第１レンズ群ＧＲ１の正のパワーが弱くなりすぎて、第１レンズ群ＧＲ１の有効径が大きくなってしまい、小型・軽量化が困難になる。
好ましくは、０．８＜Ymax／ＦＷ＜１．２０の範囲を満たすことが望ましい。
上記条件式（２）は正の単レンズである第１レンズ群の色収差の発生量を規定するものである。ＶｄＧ1が４０以下の場合は、望遠側における軸上色収差の影響が大きくなりすぎて、これを補正することはレンズ系全体でも困難となる。好ましくは、ＶｄＧ1＞５５の範囲を満たすことが望ましい。
上記第１レンズ群ＧＲ１は以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）２＜Ｆ１／√ＦＷ・ＦＴ＜１５
但し、
Ｆ１：第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離
ＦＴ：レンズ全系の望遠端での焦点距離
√ＦＷ・ＦＴ：ＦＷとＦＴとの積の平方根
とする。
上記条件式（３）は正の単レンズ１枚で構成された正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離とレンズ全系における中間域の焦点距離との比率を規定するものである。Ｆ１／√ＦＷ・ＦＴが２以下の場合は、第１レンズ群ＧＲ１の屈折力が強くなりすぎて、球面収差を始めとする諸収差の影響が大きくなり、これを補正することはレンズ全系でも困難になる。また、Ｆ１／√ＦＷ・ＦＴが１５以上の場合は、第１レンズ群ＧＲ１の屈折力が弱くなりすぎて、高倍率化が難しくなり、小型・軽量化も難しくなってしまう。
上記最終レンズ群ＧＲＲは最も物体側に負レンズGRnを、最も像面側に正レンズGRpを有し、以下の条件式（４）、（５）、（６）を満足することが望ましい。
（４）１．２＜βGRRＴ＜１．８
（５）０．２＜Twbf／FW＜１．２
（６）VdGRRn＞VdGRRp
但し、
βGRRＴ：最終レンズ群ＧＲＲの望遠端における倍率
Twbf：広角端におけるバックフォーカス（空気換算長）
VdGRRn：負レンズGRnのｄ線でのアッベ数
VdGRRp：正レンズGRpのｄ線でのアッベ数
とする。
最終レンズ群ＧＲＲが最も物体側に負レンズGRnを、最も像面側に正レンズGRpを有することによって、負レンズGRnで周辺光線を跳ね上げ、正レンズGRpで抑えてあげることで周辺光線の撮像素子への入射角度を緩やかにすることができる。また、広角端においては、最も物体側のレンズ（第１レンズ群ＧＲ１を構成している）及び第２レンズ群ＧＲ２の最も物体側のレンズと最終レンズ群ＧＲＲにおいて最も物体側のレンズＧＲｎ及び最も像面側のレンズＧＲｐとはレンズ構成において対象性すなわち、開口絞りを挟んで正、負：負、正の関係を備えており、広角化を図りつつも歪曲収差を抑えることができる。
上記条件式（４）は最終レンズ群ＧＲＲの望遠端における倍率を規定するものである。βGRRＴが１．２以下の場合は、最終レンズ群ＧＲＲによる拡大率が小さくなり前玉である第１レンズ群が大型化するばかりか、望遠端における第１レンズ群ＧＲ１を通過する光線の高さも高くなってしまい、軸上色収差や球面収差などの影響が大きくなり、単レンズ１枚のみで性能を維持することが不可能になってしまう。一方、βGRRＴが１．８以上の場合は、最終レンズ群ＧＲＲによる拡大率が大きくなり、小型・軽量化には有利であるが、最終レンズ群ＧＲＲ以前のレンズ群において残存している諸収差も拡大することになり、高性能化が難しくなるとともに、組み立て精度も厳しくなる。
上記条件式（５）は広角端におけるBF（バックフォーカス）長と、広角端におけるレンズ全系の焦点距離との比率を規定するものである。即ち、Twbf/FWの値が０．２以下の場合は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）やＩＲ（赤外線）カットガラスが撮像面に非常に近くなり、最小絞り時にＬＰＦやＩＲカットガラスの欠陥やこれらに付着したゴミが目立ちやすくなる。また、Twbf/FWの値が１．２以上の場合は、レンズ前玉径が大きくなり、小型化が困難になるだけでなく、広角化が困難になる。
条件式（６）は最終レンズ群ＧＲＲの色収差の発生量を規定するものである。この条件を満足しないと、最終群における倍率色収差の発生量が大きくなり、これを補正することはレンズ全系でも困難になる。
上記第２レンズ群ＧＲ２は少なくとも１つのレンズ面が非球面によって構成され、以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
（７）０．４＜｜Ｆ２／√ＦＷ・ＦＴ｜＜１．０
但し、
Ｆ２：第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離
とする。
第２レンズ群ＧＲ２が少なくとも１つの非球面を有することによって、広角端におけるラジアル方向のコマ収差を効果的に補正することができ、小型化と高性能化を同時に達成することができる。
上記条件式（７）は負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離とレンズ全系における中間域の焦点距離との比率を規定するものである。Ｆ２／√ＦＷ・ＦＴが０．４以下の場合は、第２レンズ群ＧＲ２の屈折力が強くなりすぎて、像面湾曲や周辺コマ収差の補正が困難になる。また、Ｆ１／√ＦＷ・ＦＴが１．０以上の場合は、第２レンズ群ＧＲ２の屈折力が弱くなりすぎて、高倍率化が難しくなるか、所定の倍率を得るための第２レンズ群ＧＲ２の可動範囲が大きくなり小型化が難しくなってしまう。
上記第３レンズ群ＧＲ３は少なくとも１つずつの正レンズと負レンズを有し、各レンズ面のうちの少なくとも１つのレンズ面を非球面によって構成され、以下の条件式（８）を満足することが望ましい。
（８）VdGR3p＞50
但し、
VdGR3p：第３レンズ群ＧＲ３内の正レンズのｄ線でのアッベ数の平均値
とする。
これによって、色収差の発生を押さえ、全域に亘って高い光学性能を保つことができる。また、第３レンズ群ＧＲ３を構成するレンズ各面のうち少なくとも1つの面を非球面によって構成することを特長とする。これによって、球面収差、コマ収差など諸収差の発生を抑え、ズーム全域に亘り高い光学性能を保つことができる。
上記最終レンズ群ＧＲＲを構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成することが望ましい。これにより、周辺域での歪曲収差や像面湾曲を効果的に補正することが可能であるからである。
また、本発明ズームレンズは、広角化とコンパクト化を同時に達成するには、変倍比が４〜５倍程度であることが最も望ましい。
以下に、本発明ズームレンズの４つの実施の形態及びこれら実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例について図１乃至図１６及び表１乃至表１３を参照して説明する。
なお、各実施の形態において非球面が用いられるが、非球面形状は次の数１式によって表される。
ここで、
ｙ：光軸と垂直な方向の高さ
ｘ：レンズ面頂点からの光軸方向の距離
ｃ：レンズ頂点での近軸曲率
Ｋ：コーニック定数
Ａｉ：第ｉ次の非球面係数
である。
図１は本発明ズームレンズ系の第１の実施の形態１によるレンズ構成を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５、負の屈折力を有する第６レンズ群ＧＲ６が配列されて成る。そして、広角端から望遠端への変倍に際し、図１に実線矢印で示すように、各レンズ群が光軸上を移動する。
第１レンズ群ＧＲ１は、正の屈折力を有する単レンズＧ１１で構成されている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側に複合非球面を有する負レンズＧ１２、負レンズＧ１３及び正レンズＧ１４で構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面に非球面を有する正レンズＧ１５、絞りＳ及び負レンズＧ１６で構成されている。第４レンズ群ＧＲ４は、正レンズＧ１７と負レンズＧ１８との接合レンズで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、物体側に非球面を有する負レンズＧ１９で構成される。第６レンズ群ＧＲ６は、負レンズＧ１１０、正レンズＧ１１１及び正レンズＧ１１２で構成されている。
また、この第１の実施の形態及び後述する第２、第３及び第４の実施の形態において、最終レンズ面と撮像面ＩＭＧとの間には平行平面板状のローパスフィルタＬＰＦが配置されている。なお、上記ローパスフィルタＬＰＦとしては、所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルタや、必要とされる光学的な遮断周波数の特性を回折効果により達成する位相型ローパスフィルタ等の適用が可能である。
表１に上記した第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の諸元の値を示す。この数値実施例１及び後に説明する各数値実施例の諸元表中の面Ｎｏ．は物体側からｉ番目の面を示し、Ｒは第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄは第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔、Ｎｄは物体側に第ｉ番目の面を有する硝材のｄ線（λ=587.6nm）に対する屈折率、Ｖｄは物体側に第ｉ番目の面を有する硝材のｄ線に対するアッベ数を示す。また、「ＡＳＰ」で示した面は非球面であることを示す。曲率半径「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は平面であることを示す。
広角端より望遠端へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔Ｄ２、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の面間隔Ｄ９、第３レンズ群ＧＲ３と第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔Ｄ１４、第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の面間隔Ｄ１７、第５レンズ群ＧＲ５と第６レンズ群ＧＲ６との間の面間隔Ｄ１９、第６レンズ群ＧＲ６とローパスフィルタＬＰＦとの間の面間隔Ｄ２５が変化する。そこで、表２に上記各面間隔の広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．及び半画角ωとともに示す。
第３面、第１０面、第１１面及び第１８面の各レンズ面は非球面で構成されており、非球面係数は表３に示す通りである。なお、表３及び以下の非球面係数を示す表において「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０−ｉ」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10−5」を表している。
図２乃至図４に上記数値実施例１の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図２は広角端（ｆ＝14.73）、図３は広角端と望遠端との間の中間焦点距離（ｆ＝32.05）、図４は望遠端（ｆ＝69.71）における諸収差図を示すものである。
図２乃至図４の各収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、一点鎖線がＣ線、点線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線Ｓがサジタル、点線Ｍがメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。
上記数値実施例１にあっては、後述する表１３に示すように、条件式（１）乃至（８）を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。
図５は本発明ズームレンズの第２の実施の形態２によるレンズ構成を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて成る。そして、広角端から望遠端への変倍に際し、図５に実線矢印で示すように、各レンズ群が光軸上を移動する。
第１レンズ群ＧＲ１は、正の屈折力を有する単レンズＧ２１で構成されている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側に複合非球面を有する負レンズＧ２２、負レンズＧ２３、正レンズＧ２４及び負レンズＧ２５で構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、絞りＳ、両面に非球面を有する正レンズＧ２６及び正レンズＧ２７と負レンズＧ２８との接合レンズで構成されている。第４レンズ群ＧＲ４は、両面に非球面を有する正レンズＧ２９及び負レンズＧ２１０と正レンズＧ２１１との接合レンズで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、負レンズＧ２１２及び物体側に非球面を有する正レンズＧ２１３で構成されている。
表４に上記した第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の諸元の値を示す。
広角端より望遠端へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔Ｄ２、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の面間隔Ｄ１１、第３レンズ群ＧＲ３と第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔Ｄ１７、第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の面間隔Ｄ２２、第５レンズ群ＧＲ５とローパスフィルタＬＰＦとの間の面間隔Ｄ２６が変化する。そこで、表５に上記各面間隔の広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．及び半画角ωとともに示す。
第３面、第１３面、第１４面、第１８面、第１９面及び第２５面の各レンズ面は非球面で構成されており、非球面係数は表６に示す通りである。
図６乃至図８に上記数値実施例２の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図６は広角端（ｆ＝14.42）、図７は広角端と望遠端との間の中間焦点距離（ｆ＝31.37）、図８は望遠端（ｆ＝68.25）における諸収差図を示すものである。
図６乃至図８の各収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、一点鎖線がＣ線、点線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線Ｓがサジタル、点線Ｍがメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。
上記数値実施例２にあっては、後述する表１３に示すように、条件式（１）乃至（８）を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。
図９は本発明ズームレンズの第３の実施の形態３によるレンズ構成を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて成る。そして、広角端から望遠端への変倍に際し、図９に実線矢印で示すように、各レンズ群が光軸上を移動する。
第１レンズ群ＧＲ１は、正の屈折力を有する単レンズＧ３１で構成されている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側に複合非球面を有する負レンズＧ３２、負レンズＧ３３、正レンズＧ３４及び負レンズＧ３５で構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、絞りＳ、両面に非球面を有する正レンズＧ３６及び正レンズＧ３７と負レンズＧ３８との接合レンズで構成されている。第４レンズ群ＧＲ４は、両面に非球面を有する正レンズＧ３９及び負レンズＧ３１０と正レンズＧ３１１との接合レンズで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、負レンズＧ３１２及び物体側に非球面を有する正レンズＧ３１３で構成されている。
表７に上記した第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の諸元の値を示す。
広角端より望遠端へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔Ｄ２、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の面間隔Ｄ１１、第３レンズ群ＧＲ３と第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔Ｄ１７、第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の面間隔Ｄ２２、第５レンズ群ＧＲ５とローパスフィルタＬＰＦとの間の面間隔Ｄ２６が変化する。そこで、表８に上記各面間隔の広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．及び半画角ωとともに示す。
第３面、第１３面、第１４面、第１８面、第１９面及び第２５面の各レンズ面は非球面で構成されており、非球面係数は表９に示す通りである。
図１０乃至図１２に上記数値実施例３の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図１０は広角端（ｆ＝12.10）、図１１は広角端と望遠端との間の中間焦点距離（ｆ＝24.20）、図１２は望遠端（ｆ＝48.40）における諸収差図を示すものである。
図１０乃至図１２の各収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、一点鎖線がＣ線、点線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線Ｓがサジタル、点線Ｍがメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。
上記数値実施例３にあっては、後述する表１３に示すように、条件式（１）乃至（８）を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。
図１３は本発明ズームレンズの第４の実施の形態４によるレンズ構成を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、負の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、正の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５、負の屈折力を有する第６レンズ群ＧＲ６が配列されて成る。そして、広角端から望遠端への変倍に際し、図１３に実線矢印で示すように、各レンズ群が光軸上を移動する。
第１レンズ群ＧＲ１は、正の屈折力を有する単レンズＧ４１で構成されている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側に非球面を有する負レンズＧ４２、撮像面側に複合非球面を有する負レンズＧ４３及び正レンズＧ４４で構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、物体側に複合非球面を有する正レンズＧ４５、絞りＳ及び負レンズＧ４６と撮像面側に非球面を有する正レンズＧ４７との接合レンズで構成されている。第４レンズ群ＧＲ４は、負レンズＧ４８で構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、両面に非球面を有する正レンズＧ４９で構成される。第６レンズ群ＧＲ６は、負レンズＧ４１０と正レンズＧ４１１との接合レンズ及び正レンズＧ４１２で構成されている。
表１０に上記した第４の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例４の諸元の値を示す。
広角端より望遠端へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔Ｄ２、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の面間隔Ｄ９、第３レンズ群ＧＲ３と第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔Ｄ１６、第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の面間隔Ｄ１８、第５レンズ群ＧＲ５と第６レンズ群ＧＲ６との間の面間隔Ｄ２０、第６レンズ群ＧＲ６とローパスフィルタＬＰＦとの間の面間隔Ｄ２５が変化する。そこで、表１１に上記各面間隔の広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．及び半画角ωとともに示す。
第３面、第７面、第１０面、第１６面、第１９面及び第２０面の各レンズ面は非球面で構成されており、非球面係数は表１２に示す通りである。
図１４乃至図１６に上記数値実施例４の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図１４は広角端（ｆ＝20.00）、図１５は広角端と望遠端との間の中間焦点距離（ｆ＝41.95）、図１６は望遠端（ｆ＝88.00）における諸収差図を示すものである。
図１４乃至図１６の各収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、一点鎖線がＣ線、点線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線Ｓがサジタル、点線Ｍがメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。
上記数値実施例４にあっては、後述する表１３に示すように、条件式（１）乃至（８）を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。
なお、上記各実施の形態で示すズームレンズの各レンズ群は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ（つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ）のみで構成されているが、これに限らず、例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等で各レンズ群を構成してもよい。
また、光学的なパワーを有しない面(例えば、反射面、屈折面、回折面)を光路中に配置することにより、ズームレンズ系の前後又は途中で光路を折り曲げるようにしてもよい。折り曲げ位置は必要に応じて設定すればよく、光路の適正な折り曲げにより、カメラの見かけ上の薄型化を達成することが可能である。
また、本発明においては、レンズ系を構成するレンズ群のうち、１つ又は複数のレンズ群、あるいは１つのレンズ群の一部を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、像をシフトさせることも可能であり、カメラのブレを検出する検出系、上記レンズ群をシフトさせる駆動系、検出系の出力に従って駆動系にシフト量を与える制御系と組合せることにより、防振光学系として機能させることが可能である。
図１７に本発明撮像装置の実施の形態を示す。
撮像装置１０はズームレンズ２０を備え、ズームレンズ２０によって形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子３０を有する。なお、撮像素子３０としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の光電変換素子を使用したものが適用可能である。上記ズームレンズ２０には本発明にかかるズームレンズを適用することができ、図１７では、図１に示した第１の実施の形態にかかるズームレンズのレンズ群を単レンズに簡略化して示してある。勿論、第１の実施の形態にかかるズームレンズだけでなく、第２の実施の形態乃至第４の実施の形態にかかるズームレンズや本明細書で示した実施の形態以外の形態で構成された本発明ズームレンズを使用することができる。
上記撮像素子３０によって形成された電気信号は映像分離回路４０によってフォーカス制御用の信号が制御回路５０に送られ、映像用の信号は映像処理回路へと送られる。映像処理回路へ送られた信号は、その後の処理に適した形態に加工されて、表示装置による表示、記録媒体への記録、通信手段による転送等々種々の処理に供される。
制御回路５０には、例えば、ズームボタンの操作等、外部からの操作信号が入力され、該操作信号に応じて種々の処理が為される。例えば、ズームボタンによるズーミング指令が入力されると、指令に基づく焦点距離状態とすべく、ドライバ回路６０を介して駆動部７０を動作させて、各レンズ群を所定の位置へと移動させる。各センサ８０によって得られた各レンズ群の位置情報は制御回路５０に入力されて、ドライバ回路６０へ指令信号を出力する際に参照される。また、制御回路５０は上記映像分離回路４０から送られた信号に基づいてフォーカス状態をチェックし、最適なフォーカス状態が得られるように制御する。
上記した撮像装置１０は、具体的製品としては、各種の形態を採りうる。例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラが組み込まれた携帯電話、カメラが組み込まれたＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等々のデジタル入出力機器のカメラ部等として、広く適用することができる。
なお、上記した各実施の形態及び数値実施例において示された各部の具体的形状及び数値は、何れも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
本発明ズームレンズは、複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、物体側より順に配列された、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、最も像面側に配列され負の屈折力を有する最終レンズ群ＧＲＲとを備え、上記第１レンズ群ＧＲ１は１枚の正レンズで構成され、以下の条件式（１）、（２）を満足する。
（１）０．５＜Ymax／ＦＷ＜１．３
（２）ＶｄＧ1＞４０
但し、
Ymax：撮像面上の最大像高
ＦＷ：レンズ全系の広角端での焦点距離
ＶｄＧ１：第１レンズ群ＧＲ１のｄ線でのアッベ数
とする。
従って、本発明ズームレンズにあっては、広角端の撮影画角が６０〜１００度の広画角を含みつつ、３〜６倍程度の変倍比を達成することができる。また、最終レンズ群ＧＲＲによって像を拡大しているため、第１レンズ群ＧＲ１の前玉径を小型に構成することが可能になるとともに、望遠端における正レンズ群である第１レンズ群ＧＲ１を通過するマージナル（周辺）光線の高さも通常のズームレンズに比べ低くすることができるため、軸上色収差に最も影響がある第１レンズ群ＧＲ１を正の単レンズ１枚のみで構成することができ、６０〜１００度の画角、３〜６倍程度の変倍比を保ちつつ、レンズ全系の小型化、軽量化を達成することができる。
上記条件式（１）は撮像面上における最大像高とレンズ全系における広角端の焦点距離との比率を規定するものである。
Ymax／ＦＷの値が０．５以下、つまりより望遠化すると、第１レンズ群ＧＲ１の正のパワーが強くなりすぎて、望遠側における軸上色収差の影響が大きくなりすぎて、正の単レンズ１枚では補正しきれなくなってしまう。また、Ymax／ＦＷの値が１．３以上、つまりより広角化すると、第１レンズ群ＧＲ１の正のパワーが弱くなりすぎて、第１レンズ群ＧＲ１の有効径が大きくなってしまい、小型・軽量化が困難になる。
好ましくは、０．８＜Ymax／ＦＷ＜１．２０の範囲を満たすことが望ましい。
上記条件式（２）は正の単レンズである第１レンズ群の色収差の発生量を規定するものである。ＶｄＧ1が４０以下の場合は、望遠側における軸上色収差の影響が大きくなりすぎて、これを補正することはレンズ系全体でも困難となる。好ましくは、ＶｄＧ1＞５５の範囲を満たすことが望ましい。
上記第１レンズ群ＧＲ１は以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）２＜Ｆ１／√ＦＷ・ＦＴ＜１５
但し、
Ｆ１：第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離
ＦＴ：レンズ全系の望遠端での焦点距離
√ＦＷ・ＦＴ：ＦＷとＦＴとの積の平方根
とする。
上記条件式（３）は正の単レンズ１枚で構成された正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離とレンズ全系における中間域の焦点距離との比率を規定するものである。Ｆ１／√ＦＷ・ＦＴが２以下の場合は、第１レンズ群ＧＲ１の屈折力が強くなりすぎて、球面収差を始めとする諸収差の影響が大きくなり、これを補正することはレンズ全系でも困難になる。また、Ｆ１／√ＦＷ・ＦＴが１５以上の場合は、第１レンズ群ＧＲ１の屈折力が弱くなりすぎて、高倍率化が難しくなり、小型・軽量化も難しくなってしまう。
上記最終レンズ群ＧＲＲは最も物体側に負レンズGRnを、最も像面側に正レンズGRpを有し、以下の条件式（４）、（５）、（６）を満足することが望ましい。
（４）１．２＜βGRRＴ＜１．８
（５）０．２＜Twbf／FW＜１．２
（６）VdGRRn＞VdGRRp
但し、
βGRRＴ：最終レンズ群ＧＲＲの望遠端における倍率
Twbf：広角端におけるバックフォーカス（空気換算長）
VdGRRn：負レンズGRnのｄ線でのアッベ数
VdGRRp：正レンズGRpのｄ線でのアッベ数
とする。
最終レンズ群ＧＲＲが最も物体側に負レンズGRnを、最も像面側に正レンズGRpを有することによって、負レンズGRnで周辺光線を跳ね上げ、正レンズGRpで抑えてあげることで周辺光線の撮像素子への入射角度を緩やかにすることができる。また、広角端においては、最も物体側のレンズ（第１レンズ群ＧＲ１を構成している）及び第２レンズ群ＧＲ２の最も物体側のレンズと最終レンズ群ＧＲＲにおいて最も物体側のレンズＧＲｎ及び最も像面側のレンズＧＲｐとはレンズ構成において対象性すなわち、開口絞りを挟んで正、負：負、正の関係を備えており、広角化を図りつつも歪曲収差を抑えることができる。
上記条件式（４）は最終レンズ群ＧＲＲの望遠端における倍率を規定するものである。βGRRＴが１．２以下の場合は、最終レンズ群ＧＲＲによる拡大率が小さくなり前玉である第１レンズ群が大型化するばかりか、望遠端における第１レンズ群ＧＲ１を通過する光線の高さも高くなってしまい、軸上色収差や球面収差などの影響が大きくなり、単レンズ１枚のみで性能を維持することが不可能になってしまう。一方、βGRRＴが１．８以上の場合は、最終レンズ群ＧＲＲによる拡大率が大きくなり、小型・軽量化には有利であるが、最終レンズ群ＧＲＲ以前のレンズ群において残存している諸収差も拡大することになり、高性能化が難しくなるとともに、組み立て精度も厳しくなる。
上記条件式（５）は広角端におけるBF（バックフォーカス）長と、広角端におけるレンズ全系の焦点距離との比率を規定するものである。即ち、Twbf/FWの値が０．２以下の場合は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）やＩＲ（赤外線）カットガラスが撮像面に非常に近くなり、最小絞り時にＬＰＦやＩＲカットガラスの欠陥やこれらに付着したゴミが目立ちやすくなる。また、Twbf/FWの値が１．２以上の場合は、レンズ前玉径が大きくなり、小型化が困難になるだけでなく、広角化が困難になる。
条件式（６）は最終レンズ群ＧＲＲの色収差の発生量を規定するものである。この条件を満足しないと、最終群における倍率色収差の発生量が大きくなり、これを補正することはレンズ全系でも困難になる。
上記第２レンズ群ＧＲ２は少なくとも１つのレンズ面が非球面によって構成され、以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
（７）０．４＜｜Ｆ２／√ＦＷ・ＦＴ｜＜１．０
但し、
Ｆ２：第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離
とする。
第２レンズ群ＧＲ２が少なくとも１つの非球面を有することによって、広角端におけるラジアル方向のコマ収差を効果的に補正することができ、小型化と高性能化を同時に達成することができる。
上記条件式（７）は負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離とレンズ全系における中間域の焦点距離との比率を規定するものである。Ｆ２／√ＦＷ・ＦＴが０．４以下の場合は、第２レンズ群ＧＲ２の屈折力が強くなりすぎて、像面湾曲や周辺コマ収差の補正が困難になる。また、Ｆ１／√ＦＷ・ＦＴが１．０以上の場合は、第２レンズ群ＧＲ２の屈折力が弱くなりすぎて、高倍率化が難しくなるか、所定の倍率を得るための第２レンズ群ＧＲ２の可動範囲が大きくなり小型化が難しくなってしまう。
上記第３レンズ群ＧＲ３は少なくとも１つずつの正レンズと負レンズを有し、各レンズ面のうちの少なくとも１つのレンズ面を非球面によって構成され、以下の条件式（８）を満足することが望ましい。
（８）VdGR3p＞50
但し、
VdGR3p：第３レンズ群ＧＲ３内の正レンズのｄ線でのアッベ数の平均値
とする。
これによって、色収差の発生を押さえ、全域に亘って高い光学性能を保つことができる。また、第３レンズ群ＧＲ３を構成するレンズ各面のうち少なくとも1つの面を非球面によって構成することを特長とする。これによって、球面収差、コマ収差など諸収差の発生を抑え、ズーム全域に亘り高い光学性能を保つことができる。
上記最終レンズ群ＧＲＲを構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成することが望ましい。これにより、周辺域での歪曲収差や像面湾曲を効果的に補正することが可能であるからである。
また、本発明ズームレンズは、広角化とコンパクト化を同時に達成するには、変倍比が４〜５倍程度であることが最も望ましい。
以下に、本発明ズームレンズの４つの実施の形態及びこれら実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例について図１乃至図１６及び表１乃至表１３を参照して説明する。
なお、各実施の形態において非球面が用いられるが、非球面形状は次の数１式によって表される。
ｙ：光軸と垂直な方向の高さ
ｘ：レンズ面頂点からの光軸方向の距離
ｃ：レンズ頂点での近軸曲率
Ｋ：コーニック定数
Ａｉ：第ｉ次の非球面係数
である。
図１は本発明ズームレンズ系の第１の実施の形態１によるレンズ構成を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５、負の屈折力を有する第６レンズ群ＧＲ６が配列されて成る。そして、広角端から望遠端への変倍に際し、図１に実線矢印で示すように、各レンズ群が光軸上を移動する。
第１レンズ群ＧＲ１は、正の屈折力を有する単レンズＧ１１で構成されている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側に複合非球面を有する負レンズＧ１２、負レンズＧ１３及び正レンズＧ１４で構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面に非球面を有する正レンズＧ１５、絞りＳ及び負レンズＧ１６で構成されている。第４レンズ群ＧＲ４は、正レンズＧ１７と負レンズＧ１８との接合レンズで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、物体側に非球面を有する負レンズＧ１９で構成される。第６レンズ群ＧＲ６は、負レンズＧ１１０、正レンズＧ１１１及び正レンズＧ１１２で構成されている。
また、この第１の実施の形態及び後述する第２、第３及び第４の実施の形態において、最終レンズ面と撮像面ＩＭＧとの間には平行平面板状のローパスフィルタＬＰＦが配置されている。なお、上記ローパスフィルタＬＰＦとしては、所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルタや、必要とされる光学的な遮断周波数の特性を回折効果により達成する位相型ローパスフィルタ等の適用が可能である。
表１に上記した第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の諸元の値を示す。この数値実施例１及び後に説明する各数値実施例の諸元表中の面Ｎｏ．は物体側からｉ番目の面を示し、Ｒは第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄは第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔、Ｎｄは物体側に第ｉ番目の面を有する硝材のｄ線（λ=587.6nm）に対する屈折率、Ｖｄは物体側に第ｉ番目の面を有する硝材のｄ線に対するアッベ数を示す。また、「ＡＳＰ」で示した面は非球面であることを示す。曲率半径「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は平面であることを示す。
図２乃至図４の各収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、一点鎖線がＣ線、点線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線Ｓがサジタル、点線Ｍがメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。
上記数値実施例１にあっては、後述する表１３に示すように、条件式（１）乃至（８）を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。
図５は本発明ズームレンズの第２の実施の形態２によるレンズ構成を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて成る。そして、広角端から望遠端への変倍に際し、図５に実線矢印で示すように、各レンズ群が光軸上を移動する。
第１レンズ群ＧＲ１は、正の屈折力を有する単レンズＧ２１で構成されている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側に複合非球面を有する負レンズＧ２２、負レンズＧ２３、正レンズＧ２４及び負レンズＧ２５で構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、絞りＳ、両面に非球面を有する正レンズＧ２６及び正レンズＧ２７と負レンズＧ２８との接合レンズで構成されている。第４レンズ群ＧＲ４は、両面に非球面を有する正レンズＧ２９及び負レンズＧ２１０と正レンズＧ２１１との接合レンズで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、負レンズＧ２１２及び物体側に非球面を有する正レンズＧ２１３で構成されている。
表４に上記した第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の諸元の値を示す。
図６乃至図８の各収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、一点鎖線がＣ線、点線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線Ｓがサジタル、点線Ｍがメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。
上記数値実施例２にあっては、後述する表１３に示すように、条件式（１）乃至（８）を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。
図９は本発明ズームレンズの第３の実施の形態３によるレンズ構成を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて成る。そして、広角端から望遠端への変倍に際し、図９に実線矢印で示すように、各レンズ群が光軸上を移動する。
第１レンズ群ＧＲ１は、正の屈折力を有する単レンズＧ３１で構成されている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側に複合非球面を有する負レンズＧ３２、負レンズＧ３３、正レンズＧ３４及び負レンズＧ３５で構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、絞りＳ、両面に非球面を有する正レンズＧ３６及び正レンズＧ３７と負レンズＧ３８との接合レンズで構成されている。第４レンズ群ＧＲ４は、両面に非球面を有する正レンズＧ３９及び負レンズＧ３１０と正レンズＧ３１１との接合レンズで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、負レンズＧ３１２及び物体側に非球面を有する正レンズＧ３１３で構成されている。
表７に上記した第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の諸元の値を示す。
図１０乃至図１２の各収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、一点鎖線がＣ線、点線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線Ｓがサジタル、点線Ｍがメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。
上記数値実施例３にあっては、後述する表１３に示すように、条件式（１）乃至（８）を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。
図１３は本発明ズームレンズの第４の実施の形態４によるレンズ構成を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、負の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、正の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５、負の屈折力を有する第６レンズ群ＧＲ６が配列されて成る。そして、広角端から望遠端への変倍に際し、図１３に実線矢印で示すように、各レンズ群が光軸上を移動する。
第１レンズ群ＧＲ１は、正の屈折力を有する単レンズＧ４１で構成されている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側に非球面を有する負レンズＧ４２、撮像面側に複合非球面を有する負レンズＧ４３及び正レンズＧ４４で構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、物体側に複合非球面を有する正レンズＧ４５、絞りＳ及び負レンズＧ４６と撮像面側に非球面を有する正レンズＧ４７との接合レンズで構成されている。第４レンズ群ＧＲ４は、負レンズＧ４８で構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、両面に非球面を有する正レンズＧ４９で構成される。第６レンズ群ＧＲ６は、負レンズＧ４１０と正レンズＧ４１１との接合レンズ及び正レンズＧ４１２で構成されている。
表１０に上記した第４の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例４の諸元の値を示す。
図１４乃至図１６の各収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、一点鎖線がＣ線、点線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線Ｓがサジタル、点線Ｍがメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。
上記数値実施例４にあっては、後述する表１３に示すように、条件式（１）乃至（８）を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。
なお、上記各実施の形態で示すズームレンズの各レンズ群は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ（つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ）のみで構成されているが、これに限らず、例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等で各レンズ群を構成してもよい。
また、光学的なパワーを有しない面(例えば、反射面、屈折面、回折面)を光路中に配置することにより、ズームレンズ系の前後又は途中で光路を折り曲げるようにしてもよい。折り曲げ位置は必要に応じて設定すればよく、光路の適正な折り曲げにより、カメラの見かけ上の薄型化を達成することが可能である。
また、本発明においては、レンズ系を構成するレンズ群のうち、１つ又は複数のレンズ群、あるいは１つのレンズ群の一部を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、像をシフトさせることも可能であり、カメラのブレを検出する検出系、上記レンズ群をシフトさせる駆動系、検出系の出力に従って駆動系にシフト量を与える制御系と組合せることにより、防振光学系として機能させることが可能である。
図１７に本発明撮像装置の実施の形態を示す。
撮像装置１０はズームレンズ２０を備え、ズームレンズ２０によって形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子３０を有する。なお、撮像素子３０としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の光電変換素子を使用したものが適用可能である。上記ズームレンズ２０には本発明にかかるズームレンズを適用することができ、図１７では、図１に示した第１の実施の形態にかかるズームレンズのレンズ群を単レンズに簡略化して示してある。勿論、第１の実施の形態にかかるズームレンズだけでなく、第２の実施の形態乃至第４の実施の形態にかかるズームレンズや本明細書で示した実施の形態以外の形態で構成された本発明ズームレンズを使用することができる。
上記撮像素子３０によって形成された電気信号は映像分離回路４０によってフォーカス制御用の信号が制御回路５０に送られ、映像用の信号は映像処理回路へと送られる。映像処理回路へ送られた信号は、その後の処理に適した形態に加工されて、表示装置による表示、記録媒体への記録、通信手段による転送等々種々の処理に供される。
制御回路５０には、例えば、ズームボタンの操作等、外部からの操作信号が入力され、該操作信号に応じて種々の処理が為される。例えば、ズームボタンによるズーミング指令が入力されると、指令に基づく焦点距離状態とすべく、ドライバ回路６０を介して駆動部７０を動作させて、各レンズ群を所定の位置へと移動させる。各センサ８０によって得られた各レンズ群の位置情報は制御回路５０に入力されて、ドライバ回路６０へ指令信号を出力する際に参照される。また、制御回路５０は上記映像分離回路４０から送られた信号に基づいてフォーカス状態をチェックし、最適なフォーカス状態が得られるように制御する。
上記した撮像装置１０は、具体的製品としては、各種の形態を採りうる。例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラが組み込まれた携帯電話、カメラが組み込まれたＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等々のデジタル入出力機器のカメラ部等として、広く適用することができる。
なお、上記した各実施の形態及び数値実施例において示された各部の具体的形状及び数値は、何れも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
広角端の撮影画角が６０〜１００度の広画角を含み、しかも変倍比３〜６倍程度で前玉径が小さくコンパクト性に優れ、高い結像性能を有するズームレンズ及び該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することが出来、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に広く利用することが出来る。
Claims (10)
- １．複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、
物体側より順に配列された、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、最も像面側に配列され負の屈折力を有する最終レンズ群ＧＲＲとを備え、
上記第１レンズ群ＧＲ１は１枚の正レンズで構成され、
以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（１）０．５＜Ymax／ＦＷ＜１．３
（２）ＶｄＧ1＞４０
但し、
Ymax：撮像面上の最大像高
ＦＷ：レンズ全系の広角端での焦点距離
ＶｄＧ１：第１レンズ群ＧＲ１のｄ線でのアッベ数
とする。 - ２．上記第１レンズ群ＧＲ１は以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求の範囲第１項記載のズームレンズ。
（３）２＜Ｆ１／√ＦＷ・ＦＴ＜１５
但し、
Ｆ１：第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離
ＦＴ：レンズ全系の望遠端での焦点距離
√ＦＷ・ＦＴ：ＦＷとＦＴとの積の平方根
とする。 - ３．上記最終レンズ群ＧＲＲは最も物体側に負レンズGRnを、最も像面側に正レンズGRpを有し、
以下の条件式（４）、（５）、（６）を満足することを特徴とする請求の範囲第２項記載のズームレンズ。
（４）１．２＜βGRRＴ＜１．８
（５）０．２＜Twbf／FW＜１．２
（６）VdGRRn＞VdGRRp
但し、
βGRRＴ：最終レンズ群ＧＲＲの望遠端における倍率
Twbf：広角端におけるバックフォーカス（空気換算長）
VdGRRn：負レンズGRnのｄ線でのアッベ数
VdGRRp：正レンズGRpのｄ線でのアッベ数
とする。 - ４．上記第２レンズ群ＧＲ２は少なくとも１つのレンズ面を非球面によって構成され、
以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項記載のズームレンズ。
（７）０．４＜｜Ｆ２／√ＦＷ・ＦＴ｜＜１．０
但し、
Ｆ２：第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離
とする。 - ５．上記第３レンズ群ＧＲ３は少なくとも１つずつの正レンズと負レンズを有し、
各レンズ面のうちの少なくとも１つのレンズ面を非球面によって構成され、
以下の条件式（８）を満足することを特徴とする請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項記載のズームレンズ。
（８）VdGR3p＞50
但し、
VdGR3p：第３レンズ群ＧＲ３内の正レンズのｄ線でのアッベ数の平均値
とする。 - ６．複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズと、上記ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
上記ズームレンズは、物体側より順に配列された、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、最も像面側に配列され負の屈折力を有する最終レンズ群ＧＲＲとを備え、
上記第１レンズ群ＧＲ１は１枚の正レンズで構成され、
以下の条件式（９）、（１０）を満足することを特徴とする撮像装置。
（９）０．５＜Ymax／ＦＷ＜１．３
（１０）ＶｄＧ1＞４０
但し、
Ymax：撮像面上の最大像高
ＦＷ：レンズ全系の広角端での焦点距離
ＶｄＧ１：第１レンズ群ＧＲ１のｄ線でのアッベ数
とする。 - ７．上記第１レンズ群ＧＲ１は以下の条件式（１１）を満足することを特徴とする請求の範囲第６項記載の撮像装置。
（１１）２＜Ｆ１／√ＦＷ・ＦＴ＜１５
但し、
Ｆ１：第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離
ＦＴ：レンズ全系の望遠端での焦点距離
√ＦＷ・ＦＴ：ＦＷとＦＴとの積の平方根
とする。 - ８．上記最終レンズ群ＧＲＲは最も物体側に負レンズGRnを、最も像面側に正レンズGRpを有し、
以下の条件式（１２）、（１３）、（１４）を満足することを特徴とする請求の範囲第７項記載の撮像装置。
（１２）１．２＜βGRRＴ＜１．８
（１３）０．２＜Twbf／FW＜１．２
（１４）VdGRRn＞VdGRRp
但し、
βGRRＴ：最終レンズ群ＧＲＲの望遠端における倍率
Twbf：広角端におけるバックフォーカス（空気換算長）
VdGRRn：負レンズGRnのｄ線でのアッベ数
VdGRRp：正レンズGRpのｄ線でのアッベ数
とする。 - ９．上記第２レンズ群ＧＲ２は少なくとも１つのレンズ面を非球面によって構成され、
以下の条件式（１５）を満足することを特徴とする請求の範囲第６項又は請求の範囲第７項記載の撮像装置。
（１５）０．４＜｜Ｆ２／√ＦＷ・ＦＴ｜＜１．０
但し、
Ｆ２：第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離
とする。 - １０．上記第３レンズ群ＧＲ３は少なくとも１つずつの正レンズと負レンズを有し、
各レンズ面のうちの少なくとも１つのレンズ面を非球面によって構成され、
以下の条件式（１６）を満足することを特徴とする請求の範囲第６項又は請求の範囲第７項記載の撮像装置。
（１６）VdGR3p＞50
但し、
VdGR3p：第３レンズ群ＧＲ３内の正レンズのｄ線でのアッベ数の平均値
とする。
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